RU2519519C2 - Photodetector for measuring energy parameters of vacuum ultraviolet radiation - Google Patents
Photodetector for measuring energy parameters of vacuum ultraviolet radiation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2519519C2 RU2519519C2 RU2012132602/28A RU2012132602A RU2519519C2 RU 2519519 C2 RU2519519 C2 RU 2519519C2 RU 2012132602/28 A RU2012132602/28 A RU 2012132602/28A RU 2012132602 A RU2012132602 A RU 2012132602A RU 2519519 C2 RU2519519 C2 RU 2519519C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- photodetector
- fpu
- vuv
- energy parameters
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области энергетической фотометрии (радиометрии) и может быть использовано при измерении мощности и энергии излучения оптических систем, работающих в вакуумной ультрафиолетовой области спектра (далее по тексту ВУФ-область, ВУФ-излучение и т.п.).The invention relates to the field of energy photometry (radiometry) and can be used to measure the power and radiation energy of optical systems operating in the vacuum ultraviolet region of the spectrum (hereinafter referred to as VUV region, VUV radiation, etc.).
ВУФ-излучение в силу своих физических особенностей является одним из самых эффективных по своему воздействию на вещество по сравнению с любым другим диапазоном спектра электромагнитного излучения. Это уникальное свойство ВУФ-излучения ставит его вне конкуренции, например, в технике оптической фотолитографии [1], где малая длина волны (10-200 нм) воздействующего излучения позволяет преодолеть «нанобарьер» пространственного разрешения (менее 100 нм) при формировании фотолитографических масок в производстве современных интегральных схем.VUV radiation due to its physical characteristics is one of the most effective in its effect on the substance compared to any other range of the spectrum of electromagnetic radiation. This unique property of VUV radiation puts it out of competition, for example, in the optical photolithography technique [1], where the short wavelength (10-200 nm) of the incident radiation allows one to overcome the “nanobarrier” of spatial resolution (less than 100 nm) when forming photolithographic masks in production of modern integrated circuits.
Практически любое научное или технологическое применение ВУФ-излучения требует измерения его энергетических параметров - мощности (в непрерывном режиме излучения) или энергии (при импульсном воздействии). Однако, корректное измерение этих параметров в ВУФ-области спектра является достаточно сложной научно-технической задачей, не нашедшей до настоящего времени удовлетворительного решения.Almost any scientific or technological application of VUV radiation requires measuring its energy parameters - power (in continuous radiation mode) or energy (under pulsed exposure). However, the correct measurement of these parameters in the VUV region of the spectrum is a rather complicated scientific and technical task, which has not yet found a satisfactory solution.
О фундаментальных трудностях, возникающих здесь, говорит, например, тот факт, что до настоящего времени не предложено ни одного фотоприемного устройства для измерения энергетических параметров ВУФ-излучения, основанного на использовании широко распространенных фотоприемников с внешним фотоэффектом - фотоэлементов или фотоумножителей. Последнее обусловлено тем, что, несмотря на существование эффективных в ВУФ-области фотокатодов, до настоящего времени для изготовления колб и окон фотоприемников не найдены материалы, обладающие необходимой прозрачностью в спектральной области короче 100 нм и совместимые с современными технологиями электровакуумного производства. Трудности энергетических измерений многократно возрастают при фотометрировании источников стимулированного ВУФ-излучения высокой спектральной энергетической плотности, получивших в последнее время широкое распространение [2].The fundamental difficulties arising here are indicated, for example, by the fact that no photodetector device for measuring the energy parameters of VUV radiation based on the use of widely used photodetectors with an external photoelectric effect, such as photocells or photomultipliers, has been proposed to date. The latter is due to the fact that, in spite of the existence of photocathodes efficient in the VUV region, so far no materials have been found for the manufacture of flasks and windows of photodetectors that have the necessary transparency in the spectral region shorter than 100 nm and compatible with modern electrovacuum production technologies. The difficulties of energy measurements increase many times during the photometry of sources of stimulated VUV radiation of high spectral energy density, which have recently become widespread [2].
Таким образом, измерение энергетических параметров излучения в ВУФ-области спектра является достаточно сложной технической задачей, не нашедшей до настоящего времени удовлетворительного технического решения.Thus, the measurement of the energy parameters of radiation in the VUV region of the spectrum is a rather complicated technical task, which has not yet found a satisfactory technical solution.
Так, в частности, известна методика теоретического расчета энергетических параметров излучения в ВУФ-области спектра [3]. Расчет основан на теоретических оценках, учитывающих фундаментальные константы излучающей среды - заселенность возбужденных состояний ее атомов, вероятность радиационных переходов атомов, а также геометрические и конструктивные размеры излучателя.So, in particular, the known method of theoretical calculation of the energy parameters of radiation in the VUV region of the spectrum [3]. The calculation is based on theoretical estimates that take into account the fundamental constants of the radiating medium - the population of the excited states of its atoms, the probability of radiative transitions of atoms, as well as the geometric and structural dimensions of the emitter.
Недостаток теоретического расчета энергетических параметров ВУФ-излучения состоит в том, что каждая из перечисленных величин известна, как правило, с большой погрешностью (от десятков процентов до порядков величины), что не позволяет определить энергетические параметры излучения с приемлемой для практического применения точностью.A drawback of the theoretical calculation of the energy parameters of VUV radiation is that each of the listed values is known, as a rule, with a large error (from tens of percent to orders of magnitude), which does not allow determining the energy parameters of radiation with an accuracy acceptable for practical application.
Известно также фотоприемное устройство (ФПУ) для измерения энергетических параметров ВУФ-излучения. В его состав (см.рис.1) входит фотометрический блок (ФБ) 4 и источник ВУФ-излучения 2, размещенные в вакуумированном объеме 1, регистрирующая система (PC) 5, на табло которой отображаются результаты измерений (мощность или энергия излучения), и источник питания (ИП) 6, размещенные вне вакуумированного объема 1.Also known is a photodetector (FPU) for measuring the energy parameters of VUV radiation. It consists of (see Fig. 1) a photometric unit (FB) 4 and a
Для передачи сигнала измерительной информации от фотометрического блока 4, размещенного в вакуумированном объеме 1, к регистрирующей системе 5, а также для подачи напряжения питания от источника 6 к фотометрическому блоку 4 служит вакуумный токоввод (ВТ) 7.To transmit the measurement information signal from the photometric unit 4 located in the evacuated volume 1 to the
Чувствительным элементом фотометрического блока 4 описанного ФПУ служит полупроводниковый приемник излучения на основе внутреннего фотоэффекта - фотодиод. Спектральная чувствительность фотодиодов, в отличие от приемников с внешним фотоэффектом (фотоэлементов и фотоумножителей) не ограничена наличием колбы или входного окна и определяется только фотоэлектрическими свойствами используемой полупроводниковой структуры. Благодаря этому такие приемники обладают высокой чувствительностью в ВУФ-области спектра и имеют небольшие габариты, что позволяет легко встраивать их в вакуумные системы.A sensitive element of the photometric unit 4 of the described FPU is a semiconductor radiation detector based on an internal photoelectric effect - a photodiode. The spectral sensitivity of photodiodes, unlike receivers with an external photoelectric effect (photocells and photomultipliers), is not limited by the presence of a bulb or an input window and is determined only by the photoelectric properties of the semiconductor structure used. Due to this, such receivers are highly sensitive in the VUV region of the spectrum and have small dimensions, which makes it easy to integrate them into vacuum systems.
По технической сущности фотоприемное устройство для измерения энергетических параметров ВУФ-излучения, включающее фотометрический блок, чувствительным элементом которого служит полупроводниковый приемник излучения, является прототипом предлагаемого изобретения.By technical nature, the photodetector for measuring the energy parameters of VUV radiation, including a photometric unit, the sensitive element of which is a semiconductor radiation receiver, is a prototype of the invention.
К недостаткам фотоприемного устройства-прототипа относятся:The disadvantages of the photodetector prototype include:
1 - недостаточная оптическая прочность (низкий порог разрушения) материала приемной площадки полупроводникового приемника, особенно заметные при фотометрировании источников стимулированного [4] ВУФ-излучения. В связи с этим во избежание разрушения фотоприемника требуется применение ослабителей излучения, направляемого на его приемную площадку. Однако в настоящее время отсутствуют оптические материалы, пригодные для калиброванного ослабления ВУФ-излучения с надежно аттестованными в этой области фотометрическими параметрами - коэффициентами пропускания, поглощения, отражения.1 - insufficient optical strength (low fracture threshold) of the material of the receiving pad of a semiconductor receiver, especially noticeable when photometric sources of VUV radiation are stimulated [4]. In this regard, in order to avoid destruction of the photodetector, the use of radiation attenuators directed to its receiving area is required. However, at present, there are no optical materials suitable for calibrated attenuation of VUV radiation with photometric parameters that are reliably certified in this field — transmittance, absorption, and reflection coefficients.
Необходимость применения таких ослабителей существенно уменьшает точность измерения энергетических параметров ВУФ-излучения с помощью ФПУ с фотометрическим блоком, чувствительным элементом которого служит полупроводниковый приемник излучения.The need to use such attenuators significantly reduces the accuracy of measuring the energy parameters of VUV radiation using a FPU with a photometric unit, the sensitive element of which is a semiconductor radiation detector.
2 - для обеспечения измерений в широком динамическом диапазоне изменений энергетических параметров излучения необходимо использование полупроводникового приемника в фотодиодном режиме включения. Реализация такого режима работы фотоприемника требует применения источника питания [5], что увеличивает габариты ФПУ и, кроме того, из-за наличия в составе ФПУ помимо канала передачи измерительной информации еще и электрической цепи питания фотоприемника, существенно ухудшается помехозащищенность ФПУ от воздействия электрических и магнитных полей (наводок), сопровождающих мощный газовый разряд ВУФ-излучателей.2 - to ensure measurements in a wide dynamic range of changes in the energy parameters of radiation, it is necessary to use a semiconductor receiver in the photodiode on mode. The implementation of this mode of operation of the photodetector requires the use of a power source [5], which increases the dimensions of the photodetector and, in addition, due to the presence in the composition of the photodetector, in addition to the transmission channel of the measuring information, also the power supply circuit of the photodetector, the noise immunity of the photodetector from electrical and magnetic fields (interference) accompanying a powerful gas discharge of VUV emitters.
Низкая помехозащищенность ФПУ с фотометрическим блоком, чувствительным элементом которого служит полупроводниковый приемник излучения, приводит к увеличению разброса показаний регистрирующей системы и, как следствие, к увеличению случайной составляющей (среднеквадратического отклонения - СКО) погрешности измерений энергетических параметров излучения.The low noise immunity of the FPU with a photometric unit, the semiconductor radiation detector serves as a sensitive element, leads to an increase in the spread of the readings of the recording system and, as a result, to an increase in the random component (standard deviation - standard deviation) of the measurement error of the radiation energy parameters.
3 - значительные трудности (временные и аппаратурные) при градуировке ФПУ с полупроводниковым приемником ВУФ-излучения, т.к. в этой спектральной области отсутствуют образцовые источники излучения, аттестованные в абсолютных значениях энергетических параметров излучения (Вт, Дж), и приемники излучения, аттестованные в абсолютных значениях вольтовой или токовой чувствительности. Кроме того, градуировка полупроводниковых приемников излучения в ВУФ-области требует использования громоздкого и сложного в эксплуатации вакуумного оборудования ВУФ-излучателя, что сопряжено с большими временными затратами.3 - significant difficulties (temporary and hardware) when calibrating the FPU with a semiconductor receiver of VUV radiation, because in this spectral region there are no reference radiation sources certified in absolute values of the energy parameters of radiation (W, J), and radiation detectors certified in absolute values of volt or current sensitivity. In addition, the calibration of semiconductor radiation detectors in the VUV region requires the use of cumbersome and difficult to operate vacuum equipment of the VUV emitter, which is associated with large time costs.
абсолютных значениях вольтовой или токовой чувствительности. Кроме того, градуировка полупроводниковых приемников излучения в ВУФ-области требует использования громоздкого и сложного в эксплуатации вакуумного оборудования ВУФ-излучателя, что сопряжено с большими временными затратами.absolute values of volt or current sensitivity. In addition, the calibration of semiconductor radiation detectors in the VUV region requires the use of cumbersome and difficult to operate vacuum equipment of the VUV emitter, which is associated with large time costs.
Целью предлагаемого изобретения является повышение точности ФПУ, предназначенных для измерения энергетических параметров ВУФ-излучения, уменьшение габаритов ФПУ, повышение его помехозащищенности от электромагнитных полей (наводок), упрощение методики градуировки ФПУ и сокращение трудоемкости и времени выполнения градуировки.The aim of the invention is to increase the accuracy of FPU designed to measure the energy parameters of VUV radiation, reduce the size of the FPU, increase its noise immunity from electromagnetic fields (interference), simplify the method of calibration of FPU and reduce the complexity and time of calibration.
Поставленная цель достигается тем, что в фотоприемном устройстве для измерения энергетических параметров ВУФ-излучения, включающем фотометрический блок, размещенный в вакуумированном объеме, блок регистрирующей системы, размещенный вне вакуумированного объема и вакуумный токоввод, предназначенный для электрического соединения блоков ФПУ, чувствительный элемент фотометрического блока выполнен в виде полостного колориметрического приемника излучения, поглощающей нагрузкой которого служит замкнутая полость с отверстием для ввода излучения, изготовленная из металла с высокой теплопроводностью.This goal is achieved by the fact that in the photodetector for measuring the energy parameters of the VUV radiation, including a photometric unit located in the evacuated volume, a recording system unit located outside the evacuated volume and a vacuum current lead intended for electrical connection of the FPU units, the sensitive element of the photometric unit is made in the form of a cavity colorimetric radiation receiver, the absorbing load of which is a closed cavity with an opening for input and radiation made of metal with high thermal conductivity.
Устройство чувствительного элемента калориметрического приемника излучения фотометрического блока заявленного ФПУ представлено на рис.2, где 8 - фотометрируемое излучение, 9 - входное отверстие полости 10, 11 - металлическая масса, 12 - выводы термобатареи, 13 - «горячие» спаи термопар, 14 - «холодные» спаи термопар.The device of the sensitive element of the calorimetric radiation detector of the photometric unit of the claimed FPU is shown in Fig. 2, where 8 is the photometric radiation, 9 is the inlet of the
Поток фотометрируемого излучения 8, направляемый в фотометрический блок, через входное отверстие 9 поступает в замкнутую полость 10, которая служит поглощающей нагрузкой чувствительного элемента калориметрического приемника фотометрического блока ФПУ. Благодаря многократным отражениям внутри полости 10 электромагнитная энергия измеряемого излучения практически полностью преобразуется в тепловую энергию. Возникающий за счет этого нагрев полости 10 регистрируется батареей последовательно соединенных термопар, охватывающей наружную поверхность полости. «Горячие» спаи термопар 13 находятся в тепловом контакте с наружной поверхностью полости 10, а «холодные» 14 контактируют с металлической массой 11, обладающей высокой теплоемкостью. Электродвижущая сила (ЭДС), развиваемая термобатареей, пропорциональная мощности (энергии) измеряемого светового потока, через выводы 12 подается на токоввод 7 (см.рис.1) и поступает на вход регистрирующей системы (PC), на индикаторной панели которой отображаются результаты измерений.The flow of photometric radiation 8, directed to the photometric unit, through the inlet 9 enters a closed
Предложенное техническое решение обеспечивает следующие преимущества заявляемого устройства по сравнению с устройством-прототипом:The proposed technical solution provides the following advantages of the claimed device compared to the prototype device:
1. Существенно (на несколько порядков) более высокая, чем у приемной площадки полупроводникового фотоприемника устройства-прототипа, оптическая прочность (порог разрушения) материала чувствительного элемента (металла). Благодаря этому градуировка и применение заявленного устройства не требует калиброванных ослабителей для защиты чувствительного элемента ФПУ от оптического разрушения, а отсутствие необходимости в таких светофильтрах существенно повышает точность измерения энергетических параметров ВУФ-излучения заявленным устройством по сравнению с устройством-прототипом.1. Significantly (by several orders of magnitude) higher than the receiving pad of the semiconductor photodetector of the prototype device, the optical strength (fracture threshold) of the material of the sensitive element (metal). Due to this, the calibration and application of the claimed device does not require calibrated attenuators to protect the sensitive element of the FPU from optical damage, and the absence of the need for such filters significantly increases the accuracy of measuring the energy parameters of VUV radiation by the claimed device compared to the prototype device.
2. Используемый в заявленном устройстве полостной калориметрический приемник излучения в отличие от приемника излучения устройства-прототипа - полупроводникового фотодиода не требует для своего функционирования источника питания. Благодаря этому предложенное техническое решение позволяет уменьшить габариты ФПУ, а отсутствие цепи питания фотоприемника существенно увеличивает помехозащищенность ФПУ от воздействия электрических и магнитных полей. 2. The cavity calorimetric radiation receiver used in the claimed device, in contrast to the radiation receiver of the prototype device, a semiconductor photodiode, does not require a power source for its operation. Due to this, the proposed technical solution allows to reduce the dimensions of the FPU, and the absence of a power supply circuit of the photodetector significantly increases the noise immunity of the FPU from the effects of electric and magnetic fields.
3. Предложенный в заявленном устройстве полостной приемник излучения фотометрического блока ФПУ по сущности взаимодействия с принимаемьм излучением является классической моделью абсолютно черного тела. Благодаря такому техническому решению реализуется возможность построения фотоприемного устройства, мало селективного в широкой области спектра (в т.ч. и в ВУФ-области). Коэффициент поглощения излучения в приемнике излучения такого ФПУ в широкой спектральной области практически не зависит от длины волны воспринимаемого излучения, поэтому градуировка заявленного ФПУ может осуществляться в видимой области спектра, для которой широко представлены образцовые средства измерений энергетических параметров излучения, существуют аттестованные источники излучения и отработанные методики аттестации фотометрической аппаратуры (см. напр. ГОСТ 8.275-2007). Значение чувствительности заявленного ФПУ, измеренное при градуировке в видимой области спектра, благодаря неселективности ФПУ в широком спектральном интервале, можно без существенной погрешности распространить на спектральную область ВУФ-излучения. Вследствие этого аттестация заявленного ФПУ кардинально упрощается по сравнению с аттестацией прототипа.3. Proposed in the claimed device, the cavity receiver of the radiation of the photometric unit of the FPU in essence of the interaction with the received radiation is a classic model of a completely black body. Thanks to this technical solution, it is possible to construct a photodetector device that is poorly selective in a wide spectral region (including in the VUV region). The absorption coefficient of radiation in the radiation receiver of such a FPU in a wide spectral region is practically independent of the wavelength of the perceived radiation, therefore, the calibration of the claimed FPU can be carried out in the visible region of the spectrum, for which exemplary means of measuring the energy parameters of radiation are widely represented, there are certified sources of radiation and proven techniques certification of photometric equipment (see e.g. GOST 8.275-2007). The sensitivity value of the claimed FPU, measured during calibration in the visible region of the spectrum, due to the non-selectivity of the FPU in a wide spectral range, can be extended without significant error to the spectral region of VUV radiation. As a result, the certification of the declared FPU is dramatically simplified in comparison with the certification of the prototype.
Таким образом, заявленное техническое решение «Фотоприемное устройство для измерения энергетических параметров вакуумного ультрафиолетового излучения» обладает существенными преимуществами и новизной по отношению к устройству-прототипу.Thus, the claimed technical solution "Photodetector for measuring the energy parameters of vacuum ultraviolet radiation" has significant advantages and novelty with respect to the prototype device.
При практической реализации заявленного устройства могут быть использваны следующие технические решения.In the practical implementation of the claimed device, the following technical solutions can be used.
Поглощающая полость калориметрического приемника излучения может быть изготовлена в виде тела вращения (сферы, эллипсоида, конуса и т.п.) из металла, обладающего высокой теплопроводностью, например, меди, латуни, алюминия. Для изготовления термобатареи могут быть использованы последовательно соединенные термопары медь-константан.The absorbing cavity of the calorimetric radiation receiver can be made in the form of a body of revolution (sphere, ellipsoid, cone, etc.) from a metal having high thermal conductivity, for example, copper, brass, aluminum. For the manufacture of thermopiles can be used in series connected thermocouples copper-constantan.
Был испытан опытный образец фотоприемного устройства, изготовленный в соответствии с предлагаемым техническим решением. Поглощающей нагрузкой калориметрического приемника излучения фотометрического блока опытного образца ФПУ служила коническая полость, изготовленная из меди; диаметр входного отверстия полости равнялся 13 мм, длина - 42 мм. На наружной поверхности конуса размещались «горячие» спаи термобатареи, состоящей из 1800 медно-константановых термопар. «Холодные» спаи термопар соприкасались с внутренней конической расточкой в массивном алюминиевом цилиндре с наружным диаметром 40 мм и длиной 80 мм.A prototype of a photodetector made in accordance with the proposed technical solution was tested. A conical cavity made of copper served as the absorbing load of the calorimetric radiation detector of the photometric block of the FPU prototype; the diameter of the cavity inlet was 13 mm, the length was 42 mm. On the outer surface of the cone, “hot” junctions of the thermopile consisting of 1800 copper-constantan thermocouples were placed. The “cold” junctions of thermocouples were in contact with the inner conical bore in a massive aluminum cylinder with an outer diameter of 40 mm and a length of 80 mm.
В качестве регистрирующей системы изготовленного опытного образца ФПУ использовался комбинированный прибор Щ 300, диапазон измерений которого в режиме вольтметра, равный (10-3-102) В, позволял надежно регистрировать сигналы в цепи приемника излучения с относительной погрешностью не более ±2%.The Shch 300 combined device was used as the recording system of the manufactured FPU prototype, the measurement range of which in the voltmeter mode, equal to (10 -3 -10 2 ) V, made it possible to reliably record signals in the radiation receiver circuit with a relative error of no more than ± 2%.
Градуировка опытного образца ФПУ выполнялась в видимой области спектра на длине волны 633 нм на фотометрической установке, источником излучения которой служил стабилизированный по мощности излучения гелий-неоновый лазер марки ЛГИ-207Б. Мощность излучения лазера составляла ~1 мВт, флуктуации мощности за время измерений не превышали ±0,5%.The FPU prototype was calibrated in the visible spectral region at a wavelength of 633 nm on a photometric setup whose radiation source was a LGI-207B grade helium-neon laser stabilized in terms of radiation power. The laser radiation power was ~ 1 mW; the power fluctuations during the measurement did not exceed ± 0.5%.
Измерения мощности потока излучения, направляемого при градуировке в фотометрический блок опытного образца заявленного ФПУ, проводились с помощью прибора марки LM-2 (производство фирмы COHERENT, США), относительная погрешность градуировки опытного образца заявленного ФПУ при доверительной вероятности р=0,95 оценивается значением 8=±10%. Продолжительность процесса градуировки опытного образца заявленного ФПУ составила всего 15 мин, тогда как градуировка ФПУ-прототипа с полупроводниковым фотоприемником на установке с источником ВУФ-излучения потребовала нескольких часов (вывод на рабочий режим вакуумных систем источника излучения, подготовка и тестирование высоковольтного оборудования цепи питания газового разряда и т.п.).The power of the radiation flux directed during calibration into the photometric unit of the prototype of the claimed FPU was measured using an LM-2 instrument (manufactured by COHERENT, USA), the relative error in the calibration of the prototype of the claimed FPU at a confidence probability of p = 0.95 is estimated at 8 = ± 10%. The duration of the calibration process of the prototype of the claimed FPU was only 15 minutes, while the calibration of the FPU prototype with a semiconductor photodetector in a facility with a VUV radiation source required several hours (putting the vacuum systems of the radiation source into operation, preparing and testing high-voltage equipment for a gas discharge power circuit etc.).
Испытания проградуированного опытного образца ФПУ проводились на установке, источником стимулированного ВУФ-излучения которой служил капиллярный разряд постоянного тока в смеси криптона и ксенона, заключенный в кварцевую трубку длиной 600 мм. Внутренний диаметр трубки составлял 1,5 мм, ток разряда через газовую смесь равнялся 20 мА, длина волны излучения - 147,0 нм.Tests of the calibrated prototype FPU were carried out on a facility whose stimulated VUV radiation was emitted by a direct current capillary discharge in a mixture of krypton and xenon enclosed in a 600 mm long quartz tube. The inner diameter of the tube was 1.5 mm, the discharge current through the gas mixture was 20 mA, and the radiation wavelength was 147.0 nm.
Испытания состояли из двух циклов измерений мощности излучения капиллярного разряда. Первый цикл выполнялся с помощью ФПУ устройства-прототипа с полупроводниковым приемником излучения типа SXUV20 (производство фирмы IRD, США). Второй - с помощью опытного образца ФПУ, изготовленного в соответствии с предлагаемым техническим решением.The tests consisted of two cycles of measuring the power of radiation of a capillary discharge. The first cycle was performed using a FPA prototype device with a semiconductor radiation receiver of the SXUV20 type (manufactured by IRD, USA). The second - with the help of a prototype FPU, manufactured in accordance with the proposed technical solution.
Каждый цикл измерений состоял из n=15 измерений; интервалы между отдельными измерениями равнялись 2,5 мин. В процессе испытаний тщательно контролировались и поддерживались неизменными состав и параметры газовой среды капилляра и электрические параметры капиллярного разряда - напряжение на электродах разрядного промежутка и ток разряда. Результаты испытаний приведены на рис.3, где по оси ординат отложены относительные значения р мощности излучения, измеренные испытанными ФПУ, рассчитанные как р=Pn/Pi, где Pi - значение мощности ВУФ-излучения, полученное при первом измерении, Рп - значения, полученные в каждом из последующих 14 измерений. На рис.3: 1 - изменение показаний опытного образца заявленного устройства, 2 - изменение показаний устройства-прототипа.Each measurement cycle consisted of n = 15 measurements; the intervals between the individual measurements were 2.5 min. During the tests, the composition and parameters of the gas medium of the capillary and the electrical parameters of the capillary discharge — the voltage at the electrodes of the discharge gap and the discharge current — were carefully monitored and maintained unchanged. The test results are shown in Fig. 3, where the relative p of the radiation power, measured by the tested FPU, calculated as p = Pn / Pi, is plotted along the ordinate, where Pi is the VUV radiation power obtained during the first measurement, Pn is the value obtained in each of the next 14 measurements. In Fig. 3: 1 - change in the testimony of the prototype of the claimed device, 2 - change in the readings of the prototype device.
15 - изменение показаний опытного образца заявленного устройства, 16 - изменение показаний устройства-прототипа.15 - change in the testimony of the prototype of the claimed device, 16 - change in the readings of the prototype device.
Из приведенного рисунка видно (см.кривую 15), что в серии измерений, выполненных опытным образцом заявленного устройства, отсутствует систематическое изменение показаний, а их разброс, оцениваемый значением СКО=±7%, имеет случайный характер. Следовательно, фотоприемное устройство, изготовленное в соответствии с заявленным техническим решением, обладает стабильной чувствительностью к оптическому излучению ВУФ-области, а фотометрический блок ФПУ, его регистрирующая система и цепь передачи измерительной информации не подвержены влиянию электромагнитных «наводок», сопровождающих работу излучателя.From the above figure it is seen (see curve 15) that in the series of measurements performed by the prototype of the claimed device, there is no systematic change in the readings, and their scatter, estimated by the value of SD = ± 7%, is random. Therefore, the photodetector made in accordance with the claimed technical solution has stable sensitivity to the optical radiation of the VUV region, and the photometric unit of the FPU, its recording system and the transmission circuit of the measuring information are not affected by electromagnetic "pickups" accompanying the emitter.
С другой стороны, кривая 16 рис.3 убедительно указывает на неуклонное (до 20 раз к концу цикла) падение чувствительности устройства-прототипа с полупроводниковым приемником излучения. Чрезвычайно высокий разброс показаний (в этом случае значение СКО достигало±32%) указывает на сильную подверженность устройства-прототипа воздействию электромагнитных полей (наводок), сопровождающих работу ВУФ-излучателя. Это обстоятельство, а также отмеченное выше систематическое изменение чувствительности, делают невозможным построение ФПУ с полупроводниковым фотоприемником, имеющего достаточно высокую (погрешность в пределах ±(10-15)%) точность измерения энергетических параметров ВУФ-излучения, в то время, как заявленное устройство высокой точностью обладает.On the other hand,
Таким образом, результаты градуировки опытного образца заявленного ФПУ, а также результаты его экспериментальных испытаний совместно с устройством-прототипом показали, что по отношению к объекту-прототипу заявленное техническое решение «Фотоприемное устройство для измерения энергетических параметров вакуумного ультрафиолетового излучения» имеет существенные преимущества и новизну, заключающиеся в мехозащищенности от воздействия электромагнитных полей (наводок), сопровождающих работу фотометрируемых ВУФ-излучателей, в кардинальном упрощении методики градуировки ФПУ, уменьшении трудоемкости градуировки ФПУ и времени ее выполнения, а также в уменьшении габаритов устройства за счет отсутствия в нем источника питания чувствительного элемента фотометрического блока.Thus, the results of the calibration of the prototype of the claimed FPU, as well as the results of its experimental tests together with the prototype device showed that in relation to the prototype object the claimed technical solution "Photodetector device for measuring the energy parameters of vacuum ultraviolet radiation" has significant advantages and novelty, consisting in mechanical protection from exposure to electromagnetic fields (interference) accompanying the operation of photometric VUV emitters, to the cardinal simplification of the FPU calibration method, reduction of the complexity of the FPU calibration and the time of its completion, as well as a reduction in the dimensions of the device due to the lack of a power source for the sensitive element of the photometric unit.
ЛитератураLiterature
1. Вейко В.П., Ярчук М.В., Иванов А.И., Оптический журнал, т.78, №8, 2011, с.56-64.1. Veiko V.P., Yarchuk M.V., Ivanov A.I., Optical Journal, vol. 78, No. 8, 2011, p. 56-64.
2. Басов Н.Г., Данилычев В.А., Попов Ю.М., Хадкевич Д.Д. Письма в ЖЭТФ, т.102, 1970, с.473-474.2. Basov N.G., Danilychev V.A., Popov Yu.M., Khadkevich D.D. Letters to JETP, vol. 102, 1970, pp. 473-474.
3. Фриш С.Э. «Оптические спектры атомов» // Москва - Ленинград, Гос.из-во физ.-мат-литературы, 1963, 640 с.3. Frisch S.E. “Optical spectra of atoms” // Moscow - Leningrad, State University of Physics and Mathematics, 1963, 640 p.
4. Герасимов Г.Н., Крылов Б.Е., Hallin R., Amesen А., Опт. и спектр., т.100, №6, 2006, с.904-909.4. Gerasimov G.N., Krylov B.E., Hallin R., Amesen A., Opt. and spectrum., t. 100, No. 6, 2006, p. 904-909.
5. Измерение энергетических параметров и характеристик лазерного излучения / Под ред. А.Ф.Котюка. - М.: Радио и связь, 1981, 288 с.5. Measurement of energy parameters and characteristics of laser radiation / Ed. A.F. Kotyuk. - M .: Radio and communications, 1981, 288 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012132602/28A RU2519519C2 (en) | 2012-07-30 | 2012-07-30 | Photodetector for measuring energy parameters of vacuum ultraviolet radiation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012132602/28A RU2519519C2 (en) | 2012-07-30 | 2012-07-30 | Photodetector for measuring energy parameters of vacuum ultraviolet radiation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012132602A RU2012132602A (en) | 2014-02-10 |
| RU2519519C2 true RU2519519C2 (en) | 2014-06-10 |
Family
ID=50031800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012132602/28A RU2519519C2 (en) | 2012-07-30 | 2012-07-30 | Photodetector for measuring energy parameters of vacuum ultraviolet radiation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2519519C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU181370U1 (en) * | 2017-11-07 | 2018-07-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | Microcalorimeter with evacuated measuring cell |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU270299A1 (en) * | Е. И. Ивлев , А. В. Кубарев | |||
| SU642614A1 (en) * | 1977-06-24 | 1979-01-15 | Предприятие П/Я Р-6681 | Gas caloritmeter |
| JP2003028710A (en) * | 2001-07-10 | 2003-01-29 | Canon Inc | Integrating sphere, spectrometric instrument using the same, exposure device, and spectrometry |
| US7141798B2 (en) * | 2003-08-25 | 2006-11-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Spectrum measuring apparatus and method |
-
2012
- 2012-07-30 RU RU2012132602/28A patent/RU2519519C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU270299A1 (en) * | Е. И. Ивлев , А. В. Кубарев | |||
| SU642614A1 (en) * | 1977-06-24 | 1979-01-15 | Предприятие П/Я Р-6681 | Gas caloritmeter |
| JP2003028710A (en) * | 2001-07-10 | 2003-01-29 | Canon Inc | Integrating sphere, spectrometric instrument using the same, exposure device, and spectrometry |
| US7141798B2 (en) * | 2003-08-25 | 2006-11-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Spectrum measuring apparatus and method |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU181370U1 (en) * | 2017-11-07 | 2018-07-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | Microcalorimeter with evacuated measuring cell |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012132602A (en) | 2014-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rai | Temperature sensors and optical sensors | |
| Migdall et al. | Absolute detector quantum-efficiency measurements using correlated photons | |
| CN103868588B (en) | Absolute type terahertz emission meter | |
| JP6263637B2 (en) | Calibration system that can be tracked to a fiber-coupled integrating sphere laser energy meter and primary level standards | |
| CN104807765B (en) | The Gas in Oil of Transformer detection means of high sensitivity spectral absorption damped oscillation chamber | |
| JPH01242927A (en) | Radiation sensor | |
| RU2448399C2 (en) | Method of detecting electromagnetic waves in terahertz range and apparatus for realising said method | |
| Wojtas et al. | Signal processing system in cavity enhanced spectroscopy | |
| RU2519519C2 (en) | Photodetector for measuring energy parameters of vacuum ultraviolet radiation | |
| CN104713642B (en) | Measurement device for absolute energy of vacuum ultraviolet laser | |
| Menegotto et al. | Realization of optical power scale based on cryogenic radiometry and trap detectors | |
| CN201637668U (en) | Eigen safe optoacoustic spectrum gas monitoring system based on optical acoustic sensor | |
| CN111077559A (en) | Radiation dose measuring device and method | |
| US9028135B1 (en) | Pyrometer | |
| WO2018124874A1 (en) | Real time radiation dosimetry system | |
| Ghazi-Bellouati et al. | Detector calibration at INM using a correlated photons source | |
| Samedov et al. | Filter-radiometer-based realization of candela and establishment of photometric scale at UME | |
| US20140151581A1 (en) | Terahertz source | |
| CN106353262B (en) | Atomic absorption measurement method and measuring device | |
| RU2582622C1 (en) | Uv luminescence dosimetry | |
| Yamagishi et al. | Precise measurement of photodiode spectral responses using the calorimetric method | |
| Zhang et al. | A distributed optical fiber temperature measuring system for oil Wells | |
| JP3713538B2 (en) | Radiation temperature measuring device using double resonance | |
| Grattan et al. | Fluorescence referencing for fiber‐optic thermometers using visible wavelengths | |
| US3691383A (en) | Device to measure infrared radiation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180731 |